CN112082688A - 一种应变式压力传感器的绝压封装结构 - Google Patents

一种应变式压力传感器的绝压封装结构 Download PDF

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Abstract

本发明属于压力传感器技术领域，尤其为一种应变式压力传感器的绝压封装结构，包括基座、罩壳、弹性体膜片、引线板以及用于装配弹性体膜片和引线板的装配机构，所述罩壳螺纹连接于基座的底端，所述罩壳与基座的连接端之间通过O型密封圈密封，所述基座的中部设有感压通道，所述装配机构是由装配板、压环、盖板和锁固螺栓组成。本发明的罩壳与装配机构均采用可拆卸安装结构，使装配工艺更为简便，有效降低传感器的制造成本，同时便于对构件进行维护和更换，使用方便，利用装配机构统一装配弹性体膜片和引线板，具有结构简单、紧凑的特点，稳定性高，实用性强，保证了传感器内部的密封性，满足高可靠性绝压测量要求。

Description

一种应变式压力传感器的绝压封装结构
技术领域
本发明涉及压力传感器技术领域，具体为一种应变式压力传感器的绝压封装结构。
背景技术
应变计中应用最多的是粘贴式应变计(即应变片)。它的主要缺点是输出信号小、线性范围窄，而且动态响应较差(见电阻应变计、半导体应变计)。但由于应变片的体积小，商品化的应变片有多种规格可供选择，而且可以灵活设计弹性敏感元件的形式以适应各种应用场合，所以用应变片制造的应变式压力传感器仍有广泛的应用。按弹性敏感元件结构的不同，应变式压力传感器大致可分为应变管式、膜片式、应变梁式、组合式四种。
膜片式压力传感器的弹性敏感元件为周边固定圆形金属平膜片。膜片受压力变形时，中心处径向应变和切向应变均达到正的最大值，而边缘处径向应变达到负的最大值，切向应变为零。因此常把两个应变片分别贴在正负最大应变处，并接成相邻桥臂的半桥电路以获得较大灵敏度和温度补偿作用。采用圆形箔式应变计(见电阻应变计)则能最大限度地利用膜片的应变效果(图2)。这种传感器的非线性较显著。膜片式压力传感器的最新产品是将弹性敏感元件和应变片的作用集于单晶硅膜片一身，即采用集成电路工艺在单晶硅膜片上扩散制作电阻条，并采用周边固定结构制成的固态压力传感器(见压阻式传感器)。
现有的应变式压力传感器(膜片式)由于应变式压力传感器的弹性体膜片为钢杯，与硅杯不一致，无法通过键合形成真空腔来实现绝压测量，需要设计一种适合于应变式压力传感器的绝压封装结构，实现绝压压力测量功能。为实现绝压压力测量，中国专利CN201120458203.7公开了一种变式压力传感器的绝压封装结构及应变式压力传感器。该绝压封装结构包括带通道的基座，所述基座下方装有下支架，该下支架下方装有密封接头，所述基座与下支架形成的空腔内设置有弹性体膜片，所述下支架、密封接头和弹性体膜片之间形成的真空腔内设有固定在下支架上的引线板，所述密封接头上具有电气引针，该电气引针通过导线与引线板电连接，该引线板通过硅铝丝与所述弹性体膜片相连；上述绝压封装结构虽然能够有效、可靠的测量绝压压力，但与传统的应变式压力传感器结构一样，普遍存在结构合理性差的问题，其封装结构采用电子束焊接或激光焊接的连接方式，装配工艺繁杂，增加了传感器的制造成本，不便于维护和更换，造成使用上的不便。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种应变式压力传感器的绝压封装结构，解决了现有的绝压封装结构虽然能够有效、可靠的测量绝压压力，但普遍存在结构合理性差的问题，其封装结构采用电子束焊接或激光焊接的连接方式，装配工艺繁杂，增加了传感器的制造成本，不便于维护和更换，造成使用上的不便的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种应变式压力传感器的绝压封装结构，包括基座、罩壳、弹性体膜片、引线板以及用于装配弹性体膜片和引线板的装配机构，所述罩壳螺纹连接于基座的底端，所述罩壳与基座的连接端之间通过O型密封圈密封，所述基座的中部设有感压通道，所述装配机构是由装配板、压环、盖板和锁固螺栓组成，所述弹性体膜片嵌装于装配板内部，所述压环搭接于装配板上并紧压弹性体膜片，所述装配板通过压环与盖板连接，所述引线板通过锁固螺栓依次穿插盖板和压环紧固于基座上，所述装配板与基座内壁之间设有密封填充槽，密封填充槽内填充有密封绝缘材料，所述弹性体膜片背面的应变电阻焊盘上通过硅铝丝与引线板上的焊盘连接，所述基座的内部由弹性体膜片上下分隔为连通感压通道的直通腔以及与罩壳配合构成的真空腔，所述罩壳的中部穿插有焊针，所述焊针与引线板的焊盘之间通过导线连接，所述罩壳的内壁内部设有与焊针相适配的锥形密封圈，所述锥形密封圈通过压盖紧压于罩壳的内壁内部。
作为本发明的一种优选技术方案，所述基座的底部设有下连接端，下连接端的内壁上设有内连接螺纹，所述罩壳的顶部设有与下连接端相适配的上连接端，上连接端的内壁上设有与内连接螺纹螺纹配合的外连接螺纹。
作为本发明的一种优选技术方案，所述装配板为环形结构，所述装配板上设有注胶槽，注胶槽内注入有用于粘接弹性体膜片的粘胶，所述弹性体膜片包括膜片主体以及一体连接于膜片主体边侧的卡接端，卡接端与注胶槽卡接配合。
作为本发明的一种优选技术方案，所述压环为环状凸台型结构，所述压环包括一体连接的第一底座和第一凸起环座，第一凸起环座紧压于弹性体膜片上，第一底座搭接于装配板上。
作为本发明的一种优选技术方案，所述盖板为环状凸台型结构，所述盖板包括一体连接的第二底座和第二凸起环座，第二凸起环座紧压于压环上，第二底座搭接于基座的搭接槽内，第二底座内设有用于嵌装引线板的装配槽。
作为本发明的一种优选技术方案，所述密封绝缘材料为环氧树脂胶。
作为本发明的一种优选技术方案，所述盖板、压环和基座上对应设有与锁固螺栓相适配的装配孔。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种应变式压力传感器的绝压封装结构，具备以下有益效果：
1、该应变式压力传感器的绝压封装结构，罩壳与装配机构均采用可拆卸安装结构，使装配工艺更为简便，有效降低传感器的制造成本，同时便于对构件进行维护和更换，使用方便。
2、该应变式压力传感器的绝压封装结构，利用装配机构统一装配弹性体膜片和引线板，具有结构简单、紧凑的特点，稳定性高，实用性强。
3、该应变式压力传感器的绝压封装结构，通过O型密封圈、密封绝缘材料、锥形密封圈的相应组合设置，保证传感器内部的密封性，满足高可靠性绝压测量要求。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中装配机构与基座的连接结构剖视图；
图3为本发明中装配机构的结构示意图；
图4为本发明中装配机构的剖视图；
图5为本发明中装配机构、弹性体膜片及引线板的组装爆炸图。
图中：1、基座；2、罩壳；3、弹性体膜片；4、引线板；5、装配机构；501、装配板；502、压环；503、盖板；504、锁固螺栓；6、感压通道；7、密封绝缘材料；8、直通腔；9、真空腔；10、O型密封圈；11、焊针；12、锥形密封圈；13、压盖；14、粘胶。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
请参阅图1-5，本发明提供以下技术方案：一种应变式压力传感器的绝压封装结构，包括基座1、罩壳2、弹性体膜片3、引线板4以及用于装配弹性体膜片3和引线板4的装配机构5，罩壳2螺纹连接于基座1的底端，罩壳2与基座1的连接端之间通过O型密封圈10密封，基座1的中部设有感压通道6，装配机构5是由装配板501、压环502、盖板503和锁固螺栓504组成，弹性体膜片3嵌装于装配板501内部，压环502搭接于装配板501上并紧压弹性体膜片3，装配板501通过压环502与盖板503连接，引线板4通过锁固螺栓504依次穿插盖板503和压环502紧固于基座1上，装配板501与基座1内壁之间设有密封填充槽，密封填充槽内填充有密封绝缘材料7，弹性体膜片3背面的应变电阻焊盘上通过硅铝丝与引线板4上的焊盘连接，基座1的内部由弹性体膜片3上下分隔为连通感压通道6的直通腔8以及与罩壳2配合构成的真空腔9，罩壳2的中部穿插有焊针11，焊针11与引线板4的焊盘之间通过导线连接，罩壳2的内壁内部设有与焊针11相适配的锥形密封圈12，锥形密封圈12通过压盖13紧压于罩壳2的内壁内部。
具体的，基座1的底部设有下连接端，下连接端的内壁上设有内连接螺纹，罩壳2的顶部设有与下连接端相适配的上连接端，上连接端的内壁上设有与内连接螺纹螺纹配合的外连接螺纹。
本实施例中，基座1与罩壳2之间采用螺纹连接方式，即通过下连接端上的内连接螺纹与上连接端上的外连接螺纹螺纹配合，较之焊接的连接方式使装配工艺更为简单，方便对传感器进行检修和内部元件更换。
具体的，装配板501为环形结构，装配板501上设有注胶槽，注胶槽内注入有用于粘接弹性体膜片3的粘胶14，弹性体膜片3包括膜片主体以及一体连接于膜片主体边侧的卡接端，卡接端与注胶槽卡接配合。
本实施例中，在封装弹性体膜片3时，通过向注胶槽进行注胶，通过高强度粘度的粘胶14粘结弹性体膜片3，使弹性体膜片3安装更为稳定，同时还能起到密封作用。
具体的，压环502为环状凸台型结构，压环502包括一体连接的第一底座和第一凸起环座，第一凸起环座紧压于弹性体膜片3上，第一底座搭接于装配板501上。
本实施例中，压环502作为中间装配件起到压紧弹性体膜片3的作用，同时承接盖板503，使封装结构更为稳定、合理。
具体的，盖板503为环状凸台型结构，盖板503包括一体连接的第二底座和第二凸起环座，第二凸起环座紧压于压环502上，第二底座搭接于基座1的搭接槽内，第二底座内设有用于嵌装引线板4的装配槽。
本实施例中，盖板503的设置能够起到压紧压环502、装配板501和弹性体膜片3的作用，配合锁固螺栓504对装配机构5整体进行固定，同时完成对弹性体膜片3和引线板4的稳固装配。
具体的，密封绝缘材料7为环氧树脂胶。
本实施例中，通过采用环氧树脂胶作为密封绝缘材料7，配合固化剂使用能够起到密封绝缘的作用，保证真空腔9处于高密封状态，保持其真空度。
具体的，盖板503、压环502和基座1上对应设有与锁固螺栓504相适配的装配孔。
本发明的工作原理及使用流程：封装时，首先将装配板501置于基座1的空腔内，在装配板501上的注胶槽内进行浇注粘胶14，并将弹性体膜片3的卡接端卡接入注胶槽内，利用粘胶14粘接弹性体膜片3，后在密封填充槽内填充密封绝缘材料7，填料填充完毕后，依次在装配板501上紧压压环502和盖板503，对弹性体膜片3进行紧压，保证弹性体膜片3的稳定性，再通过锁固螺栓504将弹性体膜片3、引线板4及装配机构5紧固于基座1内，即完成对弹性体膜片3和引线板4的装配工作，最后通过螺纹连接的方式将罩壳2与基座1进行连接，并在基座1与罩壳2之间布置O型密封圈10保证密封，即完成应变式压力传感器的绝压封装操作；使用时，流体压力通过基座1的感压通道6、直通腔8直接作用在弹性体膜片3的底面上，使弹性体膜片3产生变形，处于由基座1、罩壳2和弹性体膜片3结构部件组成的真空腔9内的弹性体膜片3的背面上制作有惠斯登电桥电阻，变形使阻值发生变化，惠斯登电桥输出与压力成比例的电信号，必要时，可利用电子电路对电桥输出的信号进行放大、变换成标准电信号输出。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种应变式压力传感器的绝压封装结构，包括基座(1)、罩壳(2)、弹性体膜片(3)、引线板(4)以及用于装配弹性体膜片(3)和引线板(4)的装配机构(5)，其特征在于：所述罩壳(2)螺纹连接于基座(1)的底端，所述罩壳(2)与基座(1)的连接端之间通过O型密封圈(10)密封，所述基座(1)的中部设有感压通道(6)，所述装配机构(5)是由装配板(501)、压环(502)、盖板(503)和锁固螺栓(504)组成，所述弹性体膜片(3)嵌装于装配板(501)内部，所述压环(502)搭接于装配板(501)上并紧压弹性体膜片(3)，所述装配板(501)通过压环(502)与盖板(503)连接，所述引线板(4)通过锁固螺栓(504)依次穿插盖板(503)和压环(502)紧固于基座(1)上，所述装配板(501)与基座(1)内壁之间设有密封填充槽，密封填充槽内填充有密封绝缘材料(7)，所述弹性体膜片(3)背面的应变电阻焊盘上通过硅铝丝与引线板(4)上的焊盘连接，所述基座(1)的内部由弹性体膜片(3)上下分隔为连通感压通道(6)的直通腔(8)以及与罩壳(2)配合构成的真空腔(9)，所述罩壳(2)的中部穿插有焊针(11)，所述焊针(11)与引线板(4)的焊盘之间通过导线连接，所述罩壳(2)的内壁内部设有与焊针(11)相适配的锥形密封圈(12)，所述锥形密封圈(12)通过压盖(13)紧压于罩壳(2)的内壁内部。
2.根据权利要求1所述的一种应变式压力传感器的绝压封装结构，其特征在于：所述基座(1)的底部设有下连接端，下连接端的内壁上设有内连接螺纹，所述罩壳(2)的顶部设有与下连接端相适配的上连接端，上连接端的内壁上设有与内连接螺纹螺纹配合的外连接螺纹。
3.根据权利要求1所述的一种应变式压力传感器的绝压封装结构，其特征在于：所述装配板(501)为环形结构，所述装配板(501)上设有注胶槽，注胶槽内注入有用于粘接弹性体膜片(3)的粘胶(14)，所述弹性体膜片(3)包括膜片主体以及一体连接于膜片主体边侧的卡接端，卡接端与注胶槽卡接配合。
4.根据权利要求1所述的一种应变式压力传感器的绝压封装结构，其特征在于：所述压环(502)为环状凸台型结构，所述压环(502)包括一体连接的第一底座和第一凸起环座，第一凸起环座紧压于弹性体膜片(3)上，第一底座搭接于装配板(501)上。
5.根据权利要求1所述的一种应变式压力传感器的绝压封装结构，其特征在于：所述盖板(503)为环状凸台型结构，所述盖板(503)包括一体连接的第二底座和第二凸起环座，第二凸起环座紧压于压环(502)上，第二底座搭接于基座(1)的搭接槽内，第二底座内设有用于嵌装引线板(4)的装配槽。
6.根据权利要求1所述的一种应变式压力传感器的绝压封装结构，其特征在于：所述密封绝缘材料(7)为环氧树脂胶。
7.根据权利要求1所述的一种应变式压力传感器的绝压封装结构，其特征在于：所述盖板(503)、压环(502)和基座(1)上对应设有与锁固螺栓(504)相适配的装配孔。
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